储能系统构网控制关键技术

研究背景

• 构网型储能典型应用场景：包括主网电压频率安稳支撑、配网主动支撑与保供、独立系统电压频率构建。
• 大容量构网型储能系统典型拓扑：高压直挂和模块化并联，分别具有无需升压、效率高、电压支撑能力强以及灵活扩容、多级升压等优势。
• 国家科技重大专项支持：涉及“多模态自适应的分布式资源同步化支撑机理与协同控制技术”和“规模化新型储能支撑电网稳定机理与系统级协同控制技术”。

问题挑战

• 规模化储能变流器并联集中同步构网问题：现有分层分散同步化控制框架无法快速响应高压侧电压，且模块投退影响电压/频率支撑特性。
• 电网故障等大扰动下的暂态行为与稳定性问题：强网条件下易进入限流模式，弱网条件下易失稳；故障下直接限流可能导致无法恢复或暂态同步失稳。

关键技术

• 规模化储能变流器集中同步构网控制：
  • 创新点：通过集中控制器采集高压侧电压电流信号，实现整站同步构网特性，解决振荡和即插即用难题。
  • 实验验证：16台变流器并联系统硬件在环测试平台响应速度约300μs，4机并联平台响应速度约50μs。
• 全工况电压源特性与暂态同步稳定：
  • 问题：相角跳变或故障扰动下，变流器面临过流和暂态同步失稳双重风险。
  • 分析方法：构建考虑限流约束的最大估计吸引域（CL-LEDA），包括能量函数构建和临界能量函数值计算。
  • 实验验证：短路比1.1~10情况下，通过合理调整虚拟阻抗，变流器可承受±60°相角跳变。
• 非洲某百兆瓦级矿用光储微电网系统：
  • 系统结构：光伏50MWp，储能35MW/150MWh，40MW普通负载+6MW重要负荷。
  • 解决方案：12台1.25MW构网储能变流器并联，保证重要负荷不停电。
  • 实验验证：RT-lab平台10机并联控制器硬件在环实验及现场实验均验证了并离网无缝切换、故障穿越等功能。

新型电力系统物理动模实验平台

• 平台规模：32核仿真能力，实时仿真三相节点数约960个，开关模型仿真节点数864，支持超过100台并网变流器硬件在环。
• 场景验证：
  • 场景1：含高比例新能源的传统电力系统，储能可瞬时响应负载扰动，频率跌落幅度减小。
  • 场景2：全电力电子电力系统，储能变流器自主建立电压/频率，实现区域同步互联。

工作展望

• 覆盖全场景：打造新型储能灵活调控与主动支撑的完整体系。
• 战略意义：构网型储能模拟同步机响应特性，为电网提供类似同步机的支撑作用，是实现“双碳”目标下电网稳定运行的重大战略。

问题挑战

• 构网型储能-电网交互暂态同步稳定：
  • 电力系统同步机制由物理同步主导向“物理+控制”同步拓展。
  • 亟需突破“物理+控制”同步的电力电子化电力系统同步稳定性分析方法。